微波消解-ICP-MS法快速测定卷烟烟丝中钾?钙和镁的含量

杨金龙 朱萍 程利侠 郝华玲 吕长平

摘要 [目的]快速分析卷烟烟丝中钾（K）、钙（Ca）和镁（Mg）的元素含量。[方法]建立微波消解-电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法同时测定烟丝中K、Ca和Mg含量的方法。[结果]该方法对卷烟烟丝中K、Ca和Mg元素的校准曲线相关系数r>0.999，回收率依次为97.84%、95.43%和89.80%，相对标准偏差（RSD）分别为1.19%、1.46%和1.82%。[结论]该方法能快速准确地测定卷烟烟丝中K、Ca和Mg的含量。

关键词 ICP-MS;卷烟烟丝;钾;钙;镁

中图分类号 TS41+1文献标识码 A文章编号 0517-6611（2018）34-0164-02

众多研究报道显示，烟草中的钾（K）、钙（Ca）和镁（Mg）含量是调节卷烟燃烧性能的一个重要参数。这是因为钾的存在不仅能有效降低卷烟燃烧温度和提高燃烧效率，而且还能减少CO和焦油在烟气中的释放量;钙是烟草中的主要矿物元素之一，它对于钾离子的吸收有促进作用;而镁盐则对于烟支的包灰性能有作用[1-4]。目前，烟草及烟用材料中K、Ca和Mg含量的测定方法主要有火焰原子吸收光谱法、连续流动法和离子色谱法等[5-7]，但是这些方法往往前处理过程麻烦，检测速度慢等。因此，如何更加准确快速地测定烟草和烟草制品中的K、Ca和Mg含量就成为一项重要的工作。

电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）作为20世纪80年代发展起来的一种新技术，具有灵敏度高、检出限低、光谱干扰小和快速准确等优点，已经广泛应用在食品安全、环境监测、农产品和烟草等领域[8-10]。同时发现微波消解作为化学元素分析中最常用的前處理方式之一，其相对于湿法消解，具有能够迅速加热样品，还能有效地防止样品中元素的挥发和污染[11]。但是，目前采用ICP-MS法测定烟草中K、Ca和Mg含量的研究鲜见报道。鉴于此，笔者建立了微波消解-ICP-MS法快速测定卷烟烟丝中的K、Ca和Mg含量的方法，以期达到快速、准确测定的目的，也为科学合理地评价卷烟的理化特性提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

Agilent 7900电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS），美国Agilent公司;Milli-Q超纯水机，美国Millipore公司;微波消解仪（Multiwave 3000型），Anton Paar公司;电子分析天平（MSA224S-CE型），德国Sartorius公司。

硝酸（65%，质量分数，优纯级），德国默克公司;双氧水（35%，质量分数，优纯级），美国Acros公司;多元素混合标准储备液（1 000 mg/L）购于国家标准物质中心;超纯水（电阻率18.2 MΩ·cm）;高纯氩气（纯度≥99.999%）。所有器皿均用20%硝酸浸泡24 h后用超纯水冲洗备用。

1.2 分析方法

1.2.1 仪器工作条件。

采用10 μg/L的调谐液调试仪器，使电感耦合等离子体质谱仪达到最佳工作条件，即灵敏度、氧化物、双电荷、分辨率等各项参数都达到检测要求，经优化的ICP-MS工作参数为：测量模式为He碰撞模式;射频功率为1 550 W;等离子气体流量为15.0 L/min;载气流量为1.0 L/min;辅助气流量为1.0 L/min;雾化室温度为2 ℃;获取模式为全定量分析;重复次数为3次。

1.2.2 样品的制备与测定。

参考行业标准方法《YC/T 380—2010 烟草及烟草制品铬、镍、砷、硒、镉、铅的测定 电感耦合等离子体质谱仪法》[12]进行分析测试。准确称取0.2 g（精确至0.000 1 g）烟草样品放置于微波消解罐中，依次加入5 mL 65%硝酸和2 mL 35%双氧水，旋紧密封后进行微波消解。消解程序如表1所示。冷却至室温后，将消解罐内的试样溶液用超纯水冲洗2次，所得洗液一起合并于50 mL容量瓶中，超纯水定容至50 mL，混合摇匀。用同样的方法制备试剂空白溶液。

定容后的样品经电感耦合等离子体质谱仪测定，K、Ca和Mg元素选择丰度较高、干扰较少的同位素为测量对象，对应分别为39K、44Ca和24Mg。同时选择45Sc为内标。通过内标法定量，以待测元素与相应内标元素响应值之比对待测元素浓度用最小二乘法进行标准工作曲线拟合，再计算出卷烟烟丝样品中的K、Ca和Mg元素的浓度。

2 结果与分析

2.1 测试过程的干扰

ICP-MS在测试过程中的干扰主要有质谱干扰和非质谱干扰。质谱干扰通常多有双电荷离子和多原子等造成，多通过采用碰撞/反应池技术，氦碰撞模式、干扰校正方程以及优化仪器条件来消除，如双电荷和氧化物干扰降到3%以下。在该试验中，双电荷为1.24%，氧化物为0.9%，以及用纯度达到99.999%的高纯度氩气作为ICP-MS的碰撞反应气体。而针对ICP-MS测定过程中由样品基体造成的非质谱干扰，通常采用在线加入内标和样品稀释的方法来改善由信号漂移和基体效应对测定产生的影响[13]。

2.2 工作曲线和检出限

分别移取一定量的多元素混合标准储备液，以5%硝酸稀释，配制浓度梯度分别为0.5、1、10、20、50、100 mg/L的K、Ca和Mg的多元素混合标准工作溶液。在线加入内标溶液，然后用ICP-MS测定，测得K、Ca和Mg元素的线性回归方程和相关系数，详细结果见表2。同时，取最低浓度的标准溶液进行分析，重复测定10次，以测定结果的3倍标准偏差计算方法的检出限，结果见表2。

2.3 精密度和回收率

称取同一样品6份，采用该方法进行微波消解和ICP-MS分析测定，计算其相对标准偏差（RSD）。如表3显示，各元素测定结果的精密度RSD在1.19%～1.82%，满足分析要求，说明该方法重复性较好，精密度较高。

以已知K、Ca和Mg含量的样品为本底，在样品中准确加入一定浓度的标准溶液进行回收率试验。然后根据样品原含量、加标量和加标后样品含量计算回收率。结果表明，K、Ca和Mg的加标回收率分别为97.84%、95.43%、89.80%，能够满足分析要求。

2.4 应用

任意选取市面2种牌号（标记为A和B）的卷烟，采用该方法进行卷烟烟丝中K、Ca和Mg含量的测定，结果见表4。从表4可以看出，不同牌号卷烟的烟丝中K、Ca和Mg含量都有差异，这主要是由于不同牌号卷烟的叶组配方不同造成的。

3 结论

采用了微波消解-电感耦合等离子体质谱法同时测定卷烟烟丝中K、Ca和Mg的含量。经方法精密度和回收率试验证明，该方法具有操作简单、分析快速、重复性好等优点，适合卷烟烟丝中K、Ca和Mg含量的同时测定。

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